So viele Leute müssten wir nach Proxima Centauri schicken, um sicherzustellen, dass tatsächlich jemand ankommt

Wenn Menschen jemals die Galaxie kolonisieren sollen, müssen wir zu einem nahe gelegenen Stern mit einem bewohnbaren Planeten reisen. Letztes Jahr haben Astronomen die Möglichkeit angesprochen, dass unser nächster Nachbar, Proxima Centauri, mehrere potenziell bewohnbare Exoplaneten hat, die in die Rechnung passen könnten.

Proxima Centauri ist 4,2 Lichtjahre von der Erde entfernt, eine Entfernung, für deren Reise mit aktueller Technologie etwa 6.300 Jahre erforderlich wären. Eine solche Reise würde viele Generationen dauern. Tatsächlich würden die meisten der beteiligten Menschen die Erde oder ihr Exoplaneten-Gegenstück niemals sehen. Diese Menschen müssten sich während der gesamten Reise so vermehren, dass die Ankunft einer gesunden Besatzung auf Proxima Centauri garantiert ist.

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Und das wirft eine interessante Frage auf. Was ist die kleinste Crew, die über diesen Zeitraum eine genetisch gesunde Population aufrechterhalten könnte?



Heute erhalten wir dank der Arbeit von Frédéric Marin von der Universität Straßburg und Camille Beluffi vom Forschungsunternehmen Casc4de, beide in Frankreich, eine Antwort. Sie haben die Überlebenswahrscheinlichkeit für Missionen unterschiedlicher Größe und die Zuchtregeln berechnet, die erforderlich sind, um erfolgreich zu sein.

Zunächst etwas Hintergrund. Weltraumwissenschaftler und -ingenieure haben verschiedene Wege untersucht, um nahe Sterne zu erreichen. Das Problem sind natürlich die großen Entfernungen und die vergleichsweise behäbigen Geschwindigkeiten, die bemannte Raumfahrzeuge bewältigen können.

Apollo 11 reiste mit rund 40.000 Kilometern pro Stunde, eine Geschwindigkeit, die es in über 100.000 Jahren nach Proxima Centauri bringen würde. Aber Raumfahrzeuge sind seitdem schneller geworden. Die Parker Solar Probe, die dieses Jahr auf den Markt kommen soll, wird sich mit mehr als 700.000 Kilometern pro Stunde fortbewegen, etwa 0,067 Prozent der Lichtkeime.

Marin und Beluffi nutzen dies als die Geschwindigkeit, die heute mit modernster Weltraumtechnologie erreichbar ist. Bei dieser Geschwindigkeit würde eine interstellare Reise immer noch etwa 6.300 Jahre dauern, um Proxima Centauri b zu erreichen, sagen sie.

Die Auswahl einer Crew für eine solche Mehrgenerationen-Weltraumreise wäre keine leichte Aufgabe. Wichtige Parameter sind die anfängliche Anzahl der Männer und Frauen in der Besatzung, ihr Alter und ihre Lebenserwartung, die Unfruchtbarkeitsrate, die maximale Kapazität des Schiffes und so weiter. Es erfordert auch Regeln über das Alter, in dem die Zeugung erlaubt ist, wie eng verwandt Eltern sein können, wie viele Kinder sie haben können und so weiter.

Sobald diese Parameter bestimmt sind, können sie in einen Algorithmus namens Heritage eingefügt werden, der eine Mehrgenerationenmission simuliert. Zunächst erstellt der Algorithmus eine Crew mit den ausgewählten Eigenschaften. Es durchläuft dann die Mission, berücksichtigt jedes Jahr natürliche und unfallbedingte Todesfälle und prüft, welche Besatzungsmitglieder sich innerhalb des zulässigen Fortpflanzungsfensters befinden.

Als nächstes ordnet es zufällig zwei Besatzungsmitglieder unterschiedlichen Geschlechts zu und bewertet, ob sie ein Kind bekommen können, basierend auf Unfruchtbarkeitsraten, Schwangerschaftschancen und Inzuchtbeschränkungen. Wenn die Schwangerschaft als lebensfähig erachtet wird, erstellt der Algorithmus ein neues Besatzungsmitglied und wiederholt diese Schleife, bis die Besatzung entweder ausstirbt oder nach 6.300 Jahren Proxima Centauri erreicht.

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Jede Mission beinhaltet auch eine Art Katastrophe – eine Seuche, eine Kollision oder ein anderer Unfall – die die Besatzung um ein Drittel reduziert.

Der Algorithmus wiederholt dann jede Mission 100 Mal, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, mit der diese Besatzungsgröße ihr Ziel erreicht.

Eine Schlüsselfrage ist, welcher Grad an Inzucht zugelassen werden kann. Marin und Beluffi messen dies anhand einer Skala, in der die Verpaarung eineiiger Zwillinge zu 100 Prozent registriert wird; Bruder/Schwester, Vater/Tochter oder Mutter/Sohn beträgt 25 Prozent; Onkel/Nichte oder Tante/Neffe beträgt 12,5 Prozent; und Cousins ​​ersten Grades beträgt 6,25 Prozent.

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Eine Möglichkeit besteht darin, die Inzucht auf weniger als 5 Prozent zu begrenzen, sodass die Partner entfernter verwandt sein müssen als die ersten Cousins. Eine andere Möglichkeit besteht darin, festzulegen, dass Partner überhaupt nicht verwandt sein können, sodass Inzucht 0 ist. Marin und Beluffi verwenden dieses zweite Szenario in ihrer Simulation.

Der Algorithmus bestimmt dann die Erfolgswahrscheinlichkeit über 100 Missionen für verschiedene anfängliche Besatzungsgrößen.

Die Ergebnisse sorgen für eine interessante Lektüre. Der Heritage-Algorithmus sagt voraus, dass eine anfängliche Besatzung von 14 Brutpaaren keine Chance hat, Proxima Centauri zu erreichen. Eine so kleine Gruppe hat nicht genug genetische Vielfalt, um zu überleben.

Forscher haben bei Tieren beobachtet, dass die genetische Vielfalt einer anfänglichen Population von 25 Paaren durch sorgfältige Zucht unbegrenzt erhalten werden kann. Aber wenn der Heritage-Algorithmus dies als Startmannschaft verwendet – 25 Männer und 25 Frauen – sagt er eine 50-prozentige Wahrscheinlichkeit voraus, dass sie sterben, bevor sie das Ziel erreichen. Das liegt vor allem an zufälligen Ereignissen, die eine solche Mission beeinflussen können.

Die Erfolgsaussichten erreichen laut Heritage erst dann 100 Prozent, wenn die anfängliche Besatzung 98 Siedler oder 49 Brutpaare hat. Wir können daraus schließen, dass unter den für diese Simulationen verwendeten Parametern eine Mindestbesatzung von 98 Siedlern für eine 6.300 Jahre dauernde Mehrgenerationen-Weltraumreise nach Proxima Centauri b erforderlich ist, sagen Marin und Beluffi.

Ist es möglich, einen Menschen zu klonen?

Das ist eine interessante Arbeit, die die Voraussetzungen für detailliertere Simulationen schafft. Beispielsweise können sich die Fruchtbarkeitsraten im Weltraum als ganz anders erweisen als auf der Erde. Und die Chancen auf ein gesundes Kind, das aus einer erfolgreichen Schwangerschaft hervorgeht, können auch aufgrund der höheren Mutationsraten aufgrund der Strahlung viel geringer sein.

Die Wahrscheinlichkeit einer Katastrophe aufgrund von Unfällen oder Seuchen kann sich als viel geringer herausstellen als die Wahrscheinlichkeit einer Katastrophe, die durch soziale Faktoren wie Konflikte verursacht wird. All dies könnte in eine fortgeschrittenere Version von Heritage programmiert werden.

Tatsächlich wurden diese Themen bereits von Science-Fiction-Autoren untersucht. Zum Beispiel im Buch Sieben , stellt sich der Autor Neal Stephenson eine Zukunft vor, in der die Menschheit einen Bevölkerungsengpass durchläuft und alle Individuen von sieben Frauen abstammen.

Angesichts der Arbeit von Marin und Beluffi erscheint Stephensons imaginäre Zukunft höchst unwahrscheinlich. Aber angesichts der vielfältigen Bedrohungen, denen unsere Zivilisation ausgesetzt ist, ist es sicherlich wichtig, das Szenario zu betrachten.

Ref: arxiv.org/abs/1806.03856 : Berechnung der Minimalbesatzung für eine generationsübergreifende Weltraumreise nach Proxima Centauri b

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